[发明专利]一种高效智能安全石油钻井绞车系统及其控制方法

说明书

一、技术领域：

本发明具体涉及一种高效智能安全石油钻井绞车系统及其控制方法。

二、背景技术：

交流变频钻机具有操作简便、控制精度与可靠性较高等优点；具备人工智能化网络平台，与传统机械驱动和直流电驱动钻机相比，具有以下优势：

1、钻机的绞车、转盘可实现无级变速，调速范围宽；以极低的速度恒扭矩输出，对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小泥浆排量作业以及优选参数钻井作业十分有利。

2、可使电机的短时增矩倍数达到1.5～2倍以上,大大提高了钻机的提升能力和事故处理能力。

3、由于具有恒功率、宽调速的特性,可大大精简钻机的机械结构。

4、具有转盘扭矩限制的功能,可防止钻具或机件扭断。

5、交流变频技术对电机具有安全保护功能。

6、负载功率因数高，具有软起动性能，降低供电电源的容量。

7、在负载情况下,可实现平稳起动、制动和调速；在起、下钻时，通过对电网能量的反馈，减少制动装置损耗，节约能源。

8、交流电机具有体积小、单机容量大、价格便宜等特点，无需进行防爆设计，维护费用低，使用安全可靠，易于操作管理等。

9、容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制。

10、安装、拆卸和搬运等方便灵活。

由于变频调速技术可使石油钻机获得更好的钻井性能和宽广的调速使用范围，用于驱动绞车，可使绞车重量减少20～30%、尺寸减小25～40%，并且整个传动系统也被极大地简化，因此普遍认为交流变频电驱动是目前石油钻机最好的驱动形式。鉴于上述优点，交流变频调速钻机近年来得到了快速发展，在国内外获得广泛应用。

近年来，国内交流变频钻机基本形成了从1000～12000米钻机系列产品，几年应用后，经过再认识分析，与国际先进技术相比，产品存在以下缺点：

1、与直流驱动钻机相比，起下钻作业效率低，钻井周期长、成本高。

2、由于钻井工程技术要求快速下钻，而变频钻机绞车由于下放控制模式的限制，下放过程能量无法快速释放，对控制系统电压冲击较大，导致设备故障率高，安全性下降。

3、提升过程受下放控制模式的限制，导致提升速度无法提高。为尽可能提高提升速度，充分利用电机功率，导致绞车电机种类繁多，标准化程度低，互换性差。

4、变频钻机通过简单的功能集成，绞车结构、控制系统未进行系统化匹配设计，绞车系统的一体化程度较低。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种从绞车结构、变频交流控制模式、电磁涡流刹车结构及控制方式的三位一体系统解决长期困扰用户的变频钻机钻井效率低、下放安全性差、系统故障率较高的高效智能安全石油钻井绞车系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效智能安全石油钻井绞车系统，包括绞车结构部分及绞车控制部分，其特征在于：所述的绞车结构包括电磁涡轮刹车、盘式刹车、滚筒轴总成、双档变速箱，所述的双档变速箱通过离合器与交流变频电机连接，双档变速箱通过离合器与滚筒轴总成连接，滚筒轴总成通过花键与电磁漩涡刹车连接，滚筒轴总成与电磁漩涡刹车之间通过花键连接有盘式刹车；

所述的绞车控制部分包括可控硅整流装置、PLC控制系统、变频器、司钻操作台、触摸屏和滚筒编码器，所述的PLC控制系统通过工业控制总线分别与可控硅整流装置、变频器、司钻控制台相连；司钻操作台通过工业控制总线分别与电磁涡流刹车和触摸屏相连；可控硅整流装置通过动力电缆与电磁涡流刹车相连；变频器通过动力电缆与交流变频电机相连，滚筒编码器通过连轴器与滚筒轴总成相连；

所述的交流变频电机有两个，分别设置于双档变速箱的两侧。

所述的一种高效智能安全石油钻井绞车系统的控制方法为：

1）开始；

2）判断PLC、涡流刹车、高度系统是否正常，是，则进入下一步；否，则流程结束；

3）绞车进行下放动作，PLC系统采集滚筒编码器的数据，通过内部程序进行判断，由触摸屏显示数据；

4）进行绞车下放动作后，判断绞车给定速度是否回零，是，则进入第8）步，否，则进入下一步；

5）进行绞车钩速判断，比较绞车钩速是否大于设定钩速，是，则表明PLC驱动电磁涡流刹车短时电动刹车，控制绞车钩速在设定钩速以内，否，则绞车按给定速度运行；